La Educación 4.0 surge para proporcionar a los ciudadanos las competencias técnicas/digitales y las habilidades cognitivas/interpersonales demandadas por la Industria 4.0. Las nuevas tecnologías impulsan este cambio, aunque el aprendizaje independiente del tiempo sigue siendo un desafío, ya que los estudiantes pueden enfrentar una falta de apoyo, asesoramiento y supervisión cuando los profesores no están disponibles. Este estudio propone complementar las lecciones presenciales con el aprendizaje en línea impulsado por ChatGPT, aplicado como una herramienta educativa capaz de orientar a los estudiantes de K-12 que aprenden ciencias en casa. Primero, se evalúa el rendimiento de ChatGPT en el campo de las ciencias de K-12, obteniendo una puntuación de A (9.3/10 en 2023 y 9.7/10 en 2024) y proporcionando respuestas detalladas, analíticas, significativas y similares a las humanas. Luego, se realiza un estudio empírico de intervención para evaluar el impacto del uso de ChatGPT como mentor virtual en estudiantes reales de K-12. Después de la intervención, las calificaciones de los estudiantes en el grupo experimental mejoraron en un 30%, y el 70% de los estudiantes manifestó una percepción positiva de la IA, sugiriendo un impacto positivo del enfoque educativo propuesto. Tras la discusión, el estudio concluye que ChatGPT podría ser una herramienta educativa útil capaz de proporcionar a los estudiantes de K-12 que aprenden ciencias el apoyo funcional y social/emocional que puedan necesitar, democratizando un mayor nivel de adquisición de conocimientos y promoviendo la autonomía, seguridad y autoeficacia de los estudiantes. Los resultados demuestran la notable capacidad (y el inmenso potencial) de ChatGPT para asistir a los profesores en sus tareas de mentoría, sentando las bases del mentoría virtual y allanando el camino para futuras investigaciones destinadas a extender el estudio a otras áreas y niveles, obteniendo una visión más realista del impacto de la IA en la educación.